轻轨车应急通风电源前级DC／DC变换器研制

    通过对比可见，拓扑Ⅲ箝位吸收效果最好，拓扑Ⅱ箝位吸收效果比拓扑I稍好。
2．3 吸收电路结构和参数选择
    RCD吸收电路的基本工作原理：整流二极管反向恢复过程中，变压器漏感和电路寄生电感与二极管结电容谐振，使二极管承受反向尖峰电压；当电压尖峰高于RCD电路中uCs，由于电荷守恒，Cs与二极管结电容按容量比例分配电荷；Cs往往远大于结电容，因此相当于把峰值电压箝位至：
    
    式中：Ucm为Cs半周起始电压；Qrr为反向恢复电荷。
    对于RCD吸收电路，当RsCs乘积较大时，Cs的放电速度慢，在半个周期内无法下降到Uin，因而Uc高，但由于其Rs较大，损耗会相对较小，称为弱吸收，反之则称为强吸收。
    RCD吸收电路稳定工作时，其电压和能量是平衡的，即Cs箝位上升的电压必须在半个周期内通过Rs释放掉，而且电压尖峰的能量必须被Rs
吸收。若Rs增大则放电变慢，根据平衡条件，Us会被抬高，而Rs上的损耗会减小。
    该设计由于开关频率很高，为50 kHz，要求Cs放电时间很短，否则极易进入弱吸收状态，抬高Uc。因此需结合开关管的工作情况确定吸收电路的工作状态，并结合发热情况综合考虑Rs，Cs的取值。
  [page]  在初级MOSFET两端添加RCD吸收电路，因输入电压仅为24 V，产生峰值较小，在Rs上产生的损耗相对很小。因此选择拓扑Ⅲ，并选取阻值较小的Rs和容值较小的Cs，使RCD吸收电路工作在强吸收状态，从而最大程度限制电压尖峰。根据实验结果，兼顾吸收效果和温升，选Rs为300Ω／8 W的功率电阻，Cs为1 000 pF／100 V的CBB电容。
    在次级整流桥后添加吸收电路，整流二极管两端电压尖峰很大，同时由于输出电压很高，若采用拓扑Ⅲ，将产生巨大的损耗，因此将其排除。
    对于拓扑I，Ⅱ，若Rs取值很小，损耗也会非常严重，因此Rs必须取较大的阻值，使系统工作在弱吸收状态。在此状态下RsCs越小，Uc越小，因此选择Cs容值时应尽可能小，但必须保证Cs的容量足以吸收尖峰电压。通过实验，综合考虑吸收效果和发热情况，Rs选取10 kΩ／50 W的铝壳电阻，Cs选择4700 pF／1 kV的高频吸收电容。为弥补吸收效果的不足，在RCD吸收旁并联RC吸收电路，R选择10kΩ／50W的铝壳电阻，C选择4700pF的高频吸收电容。
    在选定参数情况下，次级RCD吸收电路采用拓扑I，Ⅱ，Ⅲ的Rs10 min温升分别为15℃，18℃，55 ℃；Uc分别为960 V，938 V，930 V。考虑吸收效果和电阻的发热情况，选择拓扑Ⅱ吸收电路。

3 实验验证
    图4为优化后的主电路。DC／DC变换器的输出功率为1 kW，输出电压为500～650 V，根据P=UI，可得Io为1．54～2 A。输入电压为24 V，波动范围为18～30V，可得初级电流有效值为33．3～55．6A。可见初级工作在低压大电流状态，次级工作在高压低电流状态，器件的选型就是基于该计算结果。

    选择150 A／100 V的MOSFET作为开关管，二极管选用FFPFF10F150S，其主要参数10 A／1．5 kV，变压器匝比为3：100，Lf=6 mH，G选1μF／1 kV的CBB电容。C1选择1 000μF／100V的电解电容，C2选择200μF／1 kV的电解电容。

    图5b为添加吸收电路后ur0波形。由图可见，二极管两端的电压尖峰得到了很大的改善，峰值降低了约300 V。图5c为变换器满载时的输出电流Io、输入侧母线电压Uin、变压器初级电压u1和输出电压Uo波形图，输出功率大于1 kW。可见，通过良好的吸收和滤波，输出电压电流波形良好。

4 结论
    这里介绍了轻轨车应急通风电源前级DC／DC变换器的结构和参数设计，针对整流桥寄生振荡问题，着重分析了3种RCD吸收拓扑的工作原理及优缺点，并根据实际工况选择了吸收电路的结构和参数，通过搭建样机，对设计方案和吸收电路的效果进行了验证。